云端、邊緣和終端AI芯片的挑戰(zhàn)

5年前，在大基金的東風(fēng)下，芯片產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌。芯片設(shè)計公司的數(shù)量從2015年的736家，一越到了2016年的1362家，幾乎翻了一倍。其中，AI芯片是當(dāng)時一顆耀眼的新星。

經(jīng)過幾年的探索和沉淀，AI的發(fā)展也許已經(jīng)悄然進(jìn)入2.0階段。大家更加注重與特定應(yīng)用場景的結(jié)合，比如智能汽車，智能安防等；有部分則從單純的基于ASIC的方式轉(zhuǎn)向嘗試通用計算道路的探索，兼顧通用性并針對一些重點應(yīng)用做相應(yīng)的優(yōu)化。少了吵吵嚷嚷的熱鬧，多了踏踏實實的落地。

隨著應(yīng)用的深入和落地，云端、邊緣和終端側(cè)多點開花。每個節(jié)點的芯片側(cè)重點可能略有不同，云端更加強(qiáng)調(diào)性能的極致，通常采用異構(gòu)的芯片架構(gòu)，用GPU或者專用的ASIC芯片與CPU配合，處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)訓(xùn)練或者inference的工作，那GPU/ASIC之間以及GPU/ASIC與CPU之間以及GPU/ASIC與存儲模塊之間都需要極高性能的接口來支撐，如PCIe、CCIX、GenZ、DDR等；

邊緣或者終端側(cè)雖然不像云端對性能要求那么高，但是他們需要面對更多復(fù)雜的應(yīng)用場景，如前面提到的智能駕駛、智能醫(yī)療、工業(yè)智能等，那么他們會在兼顧性能的同時更加看重能耗比的指數(shù)，因此也會有一些新的接口或者總線類型來適應(yīng)他們的應(yīng)用，如MIPI、UFS、LPDDR等。

從云端的總線來看，前面提到有很多種，我們以PCIe來舉例。雖然它的效率和性能并不是最高的，但它目前是最成熟的，用的也比較多。目前商用落地的是PCIe 4.0技術(shù)，那到今年年底，有一些領(lǐng)先的服務(wù)器廠商就會推出PCIe 5.0的樣品。那PCIe 5.0的速率已經(jīng)達(dá)到了32Gbps，而且在這個速率下還要考慮到與前代的兼容，它的channel loss會非常大，在奈奎斯特頻率下會達(dá)到36dB。在如此高的速率下要保證這么高的設(shè)計余量，對設(shè)計工程師來說，這是一個非常大的挑戰(zhàn)。

舉例來說，即使經(jīng)過非常復(fù)雜的預(yù)加重、均衡、信道訓(xùn)練等，那最終達(dá)到芯片接收端，芯片內(nèi)部的眼高不會超過15mW，眼寬不會超過10ps。這是非常非常小的余量。如果設(shè)計的余量不夠，那總線的丟包率就會比較高，就會導(dǎo)致重傳，那芯片的效率就大大降低了。那如何實現(xiàn)更大的設(shè)計余量？如何去測試設(shè)計的余量，如何將設(shè)計和測試做閉環(huán)驗證都是工程師面臨的巨大挑戰(zhàn)。

那對于邊緣或者終端側(cè)來說，要考慮成本、要考慮功耗。所以它的總線技術(shù)不會像云端走的那么快，但它會采用一些特殊的總線來適應(yīng)終端場景的需求。比如在云端更多的采用類似PCIe這種來做計算，但在終端/邊緣側(cè)則更多的采用類似MIPI這種總線進(jìn)行計算或者數(shù)據(jù)的傳輸；在云端的數(shù)據(jù)存儲總線可能會用到DDR4或者DDR5，但在終端/邊緣，可能更多的會用到LPDDR；對于云端，可能更多的使用PCIe等去做擴(kuò)展，而終端會更多傾向于用USB去做擴(kuò)展。所以兩者差異還是很大的。

除了速率上的不同，終端側(cè)其實還需要考慮連接的簡潔性以及功耗的性能，所以終端側(cè)的總線的內(nèi)部協(xié)議或者信號的調(diào)整方式上反而更加復(fù)雜一些。比如Type-C接口，它外面的連接非常簡潔，但是其實它內(nèi)部協(xié)議非常復(fù)雜。它要考慮正反插，要考慮供電，要兼容顯示和數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?。所以終端側(cè)的這些總線的設(shè)計要求與云端又不一樣。

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責(zé)任編輯：haq